المنعكس العضلي هو آلية لتنظيم معدل ضربات القلب بواسطة الجهاز العصبي اللاإرادي استجابة لتغيرات ضغط الدم. وصفنا تقنية جراحية لزرع أجهزة إرسال القياس عن بعد للقياس المستمر والمتزامن لمخطط كهربية القلب وضغط الدم في الفئران. هذا يمكن أن يحدد حساسية المنعكس الضغطي العفوي ، وهي علامة نذير مهمة لأمراض القلب والأوعية الدموية.
يتم التحكم في ضغط الدم (BP) ومعدل ضربات القلب (HR) بواسطة الجهاز العصبي اللاإرادي (ANS) ويتشابكان بشكل وثيق بسبب آليات الانعكاس. المنعكس الضغطي هو آلية استتباب رئيسية لمواجهة التغيرات الحادة قصيرة المدى في ضغط الدم الشرياني والحفاظ على ضغط الدم في نطاق فسيولوجي ضيق نسبيا. يتم استشعار ضغط الدم بواسطة مستقبلات الضغط الموجودة في قوس الأبهر والجيب السباتي. عندما يتغير ضغط الدم ، تنتقل الإشارات إلى الجهاز العصبي المركزي ثم يتم توصيلها إلى الفروع السمبتاوي والودي للجهاز العصبي اللاإرادي لضبط HR. يؤدي ارتفاع BP إلى انخفاض منعكس في الموارد البشرية ، ويؤدي انخفاض BP إلى زيادة منعكسة في الموارد البشرية.
حساسية Baroreflex (BRS) هي العلاقة الكمية بين التغيرات في ضغط الدم الشرياني والتغيرات المقابلة في الموارد البشرية. غالبا ما ترتبط أمراض القلب والأوعية الدموية بضعف وظيفة المنعكس الضغطي. في دراسات مختلفة ، تم الإبلاغ عن انخفاض BRS على سبيل المثال ، قصور القلب أو احتشاء عضلة القلب أو مرض الشريان التاجي.
يتطلب تحديد BRS معلومات من كل من BP و HR ، والتي يمكن تسجيلها في وقت واحد باستخدام أجهزة القياس عن بعد. يتم وصف الإجراء الجراحي بدءا من إدخال مستشعر الضغط في الشريان السباتي الأيسر ووضع طرفه في قوس الأبهر لمراقبة الضغط الشرياني متبوعا بوضع جهاز الإرسال وأقطاب تخطيط القلب تحت الجلد. كما وصفنا العناية المركزة بعد العملية الجراحية وإدارة المسكنات. بعد فترة أسبوعين من التعافي بعد الجراحة ، يتم إجراء تسجيلات تخطيط القلب وضغط الدم على المدى الطويل في الفئران الواعية وغير المقيدة. أخيرا ، نقوم بتضمين أمثلة على التسجيلات عالية الجودة وتحليل حساسية مستقبلات الضغط التلقائية باستخدام طريقة التسلسل.
منعكس مستقبلات الضغط الشرياني هو نظام التحكم الرئيسي في التغذية المرتدة لدى البشر والذي يوفر تحكما قصير المدى – وربما أيضاعلى المدى الطويل 1,2 – في ضغط الدم الشرياني (ABP). هذا المنعكس يخزن الاضطرابات في ضغط الدم التي تحدث استجابة للمحفزات الفسيولوجية أو البيئية. يوفر تغييرات منعكسة سريعة في معدل ضربات القلب وحجم السكتة الدماغية والمقاومة الشراعية الطرفية الكلية. ينشأ المنعكس في النهايات العصبية الحسية في قوس الأبهر والجيوب السباتية. تشكل هذه النهايات العصبية مستقبلات الضغط الشرياني. تقع سوماتا النهايات العصبية في قوس الأبهر في العقدة nodose بينما توجد تلك الخاصة بالنهايات العصبية في الجيب السباتي في العقدة الصخرية. يتم تشغيل المنعكس عن طريق زيادة في ضغط الدم ، والتي تمتد وتنشط النهايات العصبية للمستقبلات الضاحية (الشكل 1 أ). ينتج عن التنشيط وابل جهد الحركة الذي ينتقل مركزيا عبر خافض الأبهر الوارد وأعصاب الجيوب السباتية إلى نوى جذع الدماغ القلبي الوعائي مثل النواة المسالكية سوليتاري والنواة الظهرية للعصب المبهم. التغييرات في نشاط العصب الوارد بدورها تعدل النشاط الصادر اللاإرادي. زيادة نشاط الأعصاب المستقبلة للضغط يقلل من الودي ويزيد من نشاط العصب السمبتاوي. وبالتالي ، فإن عواقب تنشيط مستقبلات الضغط هي انخفاض في معدل ضربات القلب ، والنتاج القلبي ، ومقاومة الأوعية الدموية التي تقاوم معا وتخفف من الزيادة في ضغط الدم3. على النقيض من ذلك ، فإن انخفاض نشاط الأعصاب المستقبلة للضغط يزيد من الودي ويقلل من نشاط العصب السمبتاوي ، مما يزيد من معدل ضربات القلب والنتاج القلبي ومقاومة الأوعية الدموية وبالتالي يقاوم الانخفاض في ضغط الدم.
أظهرت العديد من الدراسات التي أجريت على البشر والحيوانات أنه يمكن تعديل منعكس مستقبلات الضغط في ظل الظروف الفسيولوجية مثل التمرين4 أو النوم5 أو الإجهاد الحراري6 أو الحمل7. بالإضافة إلى ذلك ، هناك أدلة على أن المنعكس الضغطي ضعيف بشكل مزمن في أمراض القلب والأوعية الدموية ، مثل ارتفاع ضغط الدم وفشل القلب واحتشاء عضلة القلب والسكتة الدماغية. في الواقع ، يستخدم الخلل الوظيفي في الضغط أيضا كعلامة نذير في العديد من أمراض القلب والأوعية الدموية8،9،10. علاوة على ذلك ، يوجد خلل في الضغط المنعكس أيضا في اضطرابات ANS. نظرا لأهمية منعكس مستقبلات الضغط للصحة وحالات المرض ، فإن تقدير هذا المنعكس في الجسم الحي هو عنصر مهم في الأبحاث اللاإرادية والقلب والأوعية الدموية مع بعض الآثار السريرية الخطيرة.
خطوط الفئران الوراثية هي أدوات أساسية في أبحاث القلب والأوعية الدموية. توفر الدراسات في الجسم الحي لخطوط الفئران هذه رؤى قيمة في فسيولوجيا القلب والأوعية الدموية والفيزيولوجيا المرضية وفي كثير من الحالات تعمل كأنظمة نموذجية قبل السريرية لأمراض القلب والأوعية الدموية. نقدم هنا بروتوكولا للقياس عن بعد في الجسم الحي ECG و BP التسجيل في الفئران الواعية وغير المقيدة والمتحركة بحرية ونصف كيف يمكن تحديد حساسية المنعكس الضغطي من هذه التسجيلات باستخدام طريقة التسلسل (الشكل 1 ب). تسمى الطريقة المطبقة طريقة التسلسل ، لأن سلسلة الضربات للضرب من فترات ضغط الدم الانقباضي (SBP) و RR يتم فحصها لتسلسلات قصيرة من ثلاث نبضات أو أكثر أثناء الزيادة أو النقصان التلقائي في SBP مع التكيف المنعكس للموارد البشرية. هذه الطريقة هي المعيار الذهبي لتحديد حساسية المنعكس الضغطي حيث يتم فحص آليات الانعكاس التلقائي فقط. تتفوق هذه التقنية على التقنيات القديمة التي تضمنت إجراءات غازية مثل حقن الأدوية الفعالة في الأوعية للحث على تغييرات ضغط الدم.
الشكل 1: تمثيل تخطيطي لتقييم حساسية المنعكس الضغطي والانعكاس الضغطي باستخدام طريقة التسلسل. أ: مسار المنعكس الضغطي أثناء الزيادة الحادة في ضغط الدم. يتم استشعار ارتفاع قصير الأجل في ABP بواسطة مستقبلات الضغط الموجودة في قوس الأبهر والجيب السباتي. تنتقل هذه المعلومات إلى الجهاز العصبي المركزي وتؤدي إلى انخفاض في نشاط العصب الودي بالتوازي مع زيادة في النشاط السمبتاوي. يؤدي إطلاق الأسيتيل كولين من النهايات العصبية الموجودة في منطقة العقدة الجيبية الأذينية إلى انخفاض في cAMP الرسول الثاني في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب في العقدة الجيبية الأذينية وبالتالي انخفاض معدل ضربات القلب. انخفاض ضغط الدم على المدى القصير له تأثير معاكس. (B) تتبع BP التخطيطي أثناء تسلسل لأعلى (اللوحة العلوية اليسرى) وتسلسل لأسفل (اللوحة اليمنى العلوية) لثلاث نبضات متتالية. يرتبط التسلسل الصاعد بزيادة موازية في فترات RR (اللوحة اليسرى السفلية) وهو ما يعادل انخفاضا في الموارد البشرية. يرتبط التسلسل السفلي بانخفاض مواز في فترات RR (اللوحة اليمنى السفلية) وهو ما يعادل زيادة في الموارد البشرية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
أهمية الطريقة فيما يتعلق بالطرق البديلة
في العمل الحالي ، نقدم بروتوكولا مفصلا لتحديد BRS التلقائي باستخدام طريقة التسلسل. يستخدم هذا النهج تغيرات ضغط الدم التلقائية والموارد البشرية المنعكسة التي يتم قياسها بواسطة القياس عن بعد ECG و BP. ميزة هذه الطريقة هي أنه يمكن تسجيل كلا المعلمتين في الحيوانات الواعية ، التي تتحرك بحرية ، وغير المقيدة دون إزعاج الحيوانات عن طريق المشي في الغرفة حيث يتم إجراء القياسات أو حتى عن طريق التفاعل الجسدي المطلوب لحقن المخدرات. هذه النقطة مهمة للغاية حيث ثبت بوضوح أن مثل هذه الاضطرابات تتداخل بشدة مع تسجيلات الموارد البشرية و BP. على سبيل المثال ، يتطلب حقن الأدوية تثبيت الفئران ، مما يؤدي إلى أقصى استجابة للإجهاد تزيد من الموارد البشرية حتى 650-700 نبضة في الدقيقة. للتحايل على استجابات الإجهاد هذه ، تم تحديد BRS مسبقا في الفئران المخدرة. ومع ذلك ، فإن التخدير القياسي المستخدم في الطب البيطري مثل الكيتامين / الزيلازين أو الأيزوفلوران يحفز بطء القلب ويؤثر على الاستجابات المنعكسة اللاإرادية ، مما يحد من صحة هذه الأساليب وتفسير النتائج. للتغلب جزئيا على هذه القيود ، تم استخدام أجهزة توصيل الأدوية القابلة للزرع ، أي المضخات التناضحية ، والتي يمكنها إطلاق الأدوية في التجويف البريتوني. ومع ذلك ، مع المضخات الاسموزية ، لا يمكن تطبيق بلعة جرعة محددة من الدواء مما يحد من تطبيق هذه الأجهزة. بدلا من ذلك ، قسطرة التسريب المعقدة17 يمكن زرعها في الفئران من أجل إعطاء الأدوية. ومع ذلك ، يصعب التعامل مع هذه القسطرة وتتطلب مهارات جراحية مماثلة لتلك المطلوبة لزرع أجهزة القياس عن بعد ، مع إنتاج نتائج علمية أقل مقارنة بقياسات BRS التلقائية. إلى جانب القضايا التقنية المرتبطة بقياس BRS باستخدام حقن المخدرات ، هناك بعض القيود المتعلقة بعمل الدواء في حد ذاته. تشمل الطرق التقليدية لتحديد BRS حقن البلعة للأدوية الفعالة في الأوعية. ومع ذلك ، فقد تم اعتبار حقن البلعة من مضيقات الأوعية (على سبيل المثال ، فينيليفرين) أو موسعات الأوعية (على سبيل المثال ، نيتروبروسيد الصوديوم) حافزا مفرطا وغير فسيولوجي لتكيف HR الانعكاسي مع التغيرات في ضغط الدم18. يمكن أيضا قياس النشاط التلقائي لمنعكس مستقبلات الضغط باستخدام الطرق الطيفية. تقوم إحدى هذه الطرق بتقييم BRS في مجال التردد عن طريق حساب النسبة بين التغيرات في HR والتغيرات في ضغط الدم في نطاق تردد معين18,19. تتضمن الطرق الطيفية الأخرى تحديد وظيفة نقل BP و HR أو تحديد التماسك بين BP و HR20,21. تتطلب هذه الطرق أيضا الحصول على القياس عن بعد لمعلمات BP و HR التلقائية ، وفي حين أنها مناسبة لتحديد BRS التلقائي ، إلا أنها تتطلب أدوات حسابية مكثفة ويصعب تطبيقها. وعلاوة على ذلك، تعاني جميع الطرق الطيفية من القيود التي تحول فيها الإشارات غير الثابتة دون تطبيق الأساليب الطيفية. على وجه الخصوص ، يمكن تقليل القمم الطيفية التي تسببها إيقاعات التنفس في المرضى من البشر عن طريق مطالبة المريض بالتوقف عن التنفس ، في حين أن هذا غير ممكن بشكل واضح في الفئران. لذلك ، غالبا ما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء منخفضة جدا في الفئران. نظرا لقيود الطرق التي تمت مناقشتها أعلاه ، فإننا نفضل طريقة التسلسل لتحديد BRS في الفئران. ميزة كبيرة لهذه الطريقة هي حقيقة أنها تقنية غير جراحية توفر بيانات عن BRS التلقائي في ظل ظروف الحياة الحقيقية22. نقطة أخرى مهمة هي أن مدة التسلسلات التي تم تحليلها باستخدام طريقة التسلسل قصيرة جدا ، وتشمل 3-5 نبضات. التنظيم الانعكاسي للموارد البشرية بواسطة العصب المبهم سريع جدا وجيد ضمن الإطار الزمني لهذه التسلسلات. لذلك ، فإن طريقة التسلسل مناسبة تماما لتقييم مساهمة العصب المبهم في BRS. على النقيض من ذلك ، يكون التنظيم بواسطة الجهاز العصبي السمبثاوي أبطأ بكثير. في الواقع، خلال هذه التتابعات القصيرة، يمكن افتراض أن نشاط الجهاز العصبي السمبثاوي ثابت تقريبا. لذلك ، يتم تخصيص الطريقة للكشف بشكل انتقائي عن التغييرات المنعكسة للموارد البشرية المدفوعة بنشاط العصب المبهم.
تفسير بيانات BRS
لتفسير الخلل الوظيفي BRS أو بيانات BRS في حد ذاتها ، من المهم مراعاة المستويات الوظيفية الفردية التي تشارك في منعكس مستقبلات الضغط. على المستوى العصبي ، قد تتأثر المكونات الواردة أو المركزية أو الصادرة من المنعكس23. على مستوى القلب والأوعية الدموية ، قد تكون الاستجابة المنخفضة أو المبالغ فيها للعقدة الجيبية الأذينية لمدخلات ANS موجودة11،24. ويمكن أن يؤدي أي تغيير على كل مستوى إلى تغييرات في BRS. من أجل تشريح ما إذا كانت الآليات العصبية و / أو القلبية مسؤولة عن التغيرات الملحوظة في BRS ، يمكن استخدام حذف الجينات الخاصة بالقلب أو الخلايا العصبية أو طرق تحرير الجينات.
الخطوات الحاسمة في البروتوكول
الخطوة الأكثر تطورا وأهمية في هذا البروتوكول هي تحضير وقنية الشريان السباتي الأيسر (الخطوة 2.3). يجب أن يكون توتر خياطة الانسداد الذيلي مرتفعا بدرجة كافية لإيقاف تدفق الدم تماما قبل القنية. خلاف ذلك ، حتى تسرب الدم الصغير أثناء القنية يمكن أن يحد بشدة من الرؤية أو حتى يتسبب في نزيف الفأر حتى الموت. يجب أن يكون القنية ناجحا في المحاولة الأولى. ومع ذلك ، عند فشل المحاولة الأولى ، لا يزال من الممكن إعادة محاولة القنية بعناية.
يجب أن يكون شق خط الوسط والنفق تحت الجلد من الرقبة إلى الجهة اليسرى (الخطوة 2.3) كبيرا بما يكفي لإدخال جهاز الإرسال بسهولة دون قوة ولكن يجب أيضا أن يكون صغيرا قدر الإمكان للحفاظ على جهاز الإرسال في مكانه. خلاف ذلك ، سوف يحتاج المرء إلى قفله في موضعه بمادة خياطة أو مادة لاصقة للأنسجة. نظرا لأن الفئران لديها جلد حساس للغاية ، يمكن أن يحدث نخر الجلد إذا كان نفق جهاز الإرسال صغيرا جدا.
إذا كانت أقطاب ECG طويلة جدا بحيث لا تتناسب مع النفق تحت الجلد (الخطوة 2.4) ، فمن الضروري تكوين طرف جديد عن طريق تقصير القطب إلى طول مناسب. يجب أن يكون القطب مسطحا على الجسم على طول الرصاص بالكامل. سوف تزعج الأقطاب الكهربائية الطويلة جدا الحيوانات وستحاول فتح الجرح لإزالة جهاز الإرسال ، مما يؤدي إلى خطر تهيج الأنسجة وتفكك الجرح. لا يمكن بالطبع تمديد الخيوط القصيرة جدا وقد يكون في هذه الحالة لا يمكن وضع الأقطاب الكهربائية بطريقة تتوافق مع تكوين Einthoven II. لذلك نوصي بتحديد الطول الأمثل لخيوط تخطيط القلب على فأر ميت من نفس الجنس والوزن والخلفية الوراثية.
يجب إعطاء الفئران وقتا أطول للتعافي بعد زرع جهاز الإرسال إذا لم يكن لديهم إيقاع يومي طبيعي وهذا ليس النمط الظاهري لخط الفأر قيد الدراسة (الخطوة 2.7). سبب آخر لإيقاعات الساعة البيولوجية المضطربة يمكن أن يكون عدم كفاية العزل الصوتي لمرفق الحيوانات أو الأفراد الذين يدخلون الغرفة أثناء القياس.
تحليل بيانات ECG و BP و BRS مباشر (الخطوة 2.8). الخطوة الأكثر أهمية هي استبعاد النبضات خارج الرحم أو توقف الجيوب الأنفية أو نوبات عدم انتظام ضربات القلب أو الأقسام ذات الإشارات منخفضة الجودة من تحليل البيانات.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية [FE 1929 / 1-1 و WA 2597 / 3-1]. نشكر ساندرا ديرشل على المساعدة الفنية الممتازة وجوليا ريلينج على المشورة البيطرية.
Acepromazine maleate (Tranquisol KH) Solution Injectable 0.5 mg/mL | CP-Pharma, Germany | 1229 | anesthesia |
B.Braun Injekt-F 1 mL syringe | Wolfram Droh GmbH, Germany | 9166017V | |
Bepanthen eye and nose ointment | Bayer AG, Germany | ||
Blunt dissecting scissors | Fine Science Tools GmbH, Germany | 14078-10 | |
Carprofen (Carprosol) 50 mg/mL | CP-Pharma, Germany | 115 | preemptive and post-operative pain relief |
Cutasept F skin desinfectant | BODE Chemie GmbH, Germany | 9803650 | |
Cotton Tipped Applicator sterile | Paul Boettger GmbH & Co. KG, Germany | 09-119-9100 | |
Forceps – Micro-Blunted Tips | Fine Science Tools GmbH, Germany | 11253-25 | |
Forceps – straight | Fine Science Tools GmbH, Germany | 11008-13 | |
Gauze swabs with cut edges, 7.5×7.5 cm, cotton | Paul Hartmann AG. Germany | 401723 | |
HD‑X11, Combined telemetric ECG and BP transmitters | Data Sciences International, United States | ||
Homothermic blanket system with flexible probe | Harvard Apparatus, United States | ||
Hot bead sterilizer | Fine Science Tools GmbH, Germany | 18000-45 | |
Ketamine 10% | Ecuphar GmbH, Germany | 799-760 | anesthesia |
Magnet | Data Sciences International, United States | transmitter turn on/off | |
Needle holder, Olsen-Hegar with suture cutter | Fine Science Tools GmbH, Germany | 12502-12 | |
Needle single use No. 17, 0.55 x 25 mm | Henke-Sass Wolf GmbH, Germany | 4710005525 | 24 G needle |
Needle single use No. 20, 0.40 x 20 mm | Henke-Sass Wolf GmbH, Germany | 4710004020 | 27 G needle |
Needle-suture combination, sterile, absorbable (6-0 USP, metric 0.7, braided) | Resorba Medical, Germany | PA10273 | lead fixation |
Needle-suture combination, sterile, silk (5-0 USP, metric 1.5, braided) | Resorba Medical, Germany | 4023 | skin closure |
OPMI 1FR pro, Dissecting microscope | Zeiss, Germany | ||
Pilca depilatory mousse | Werner Schmidt Pharma GmbH, Germany | 6943151 | |
PVP-Iodine hydrogel 10% | Ratiopharm, Germany | ||
Ringer's lactate solution | B. Braun Melsungen AG, Germany | 401-951 | |
Sensitive plasters, Leukosilk | BSN medical GmbH, Germany | 102100 | surgical tape |
Sodium chloride solution 0.9% sterile Miniplasco Connect 5 ml | B. Braun Melsungen AG, Germany | ||
Surgibond tissue adhesive | SMI, Belgium | ZG2 | |
Suture, sterile, silk, non-needled (5-0 USP, metric 1 braided) | Resorba Medical, Germany | G2105 | lead preparation, ligation sutures |
Trimmer, Wella Contura type 3HSG1 | Procter & Gamble | ||
Vessel Cannulation Forceps | Fine Science Tools GmbH, Germany | 18403-11 | |
Xylazine (Xylariem) 2% | Ecuphar GmbH, Germany | 797469 | anesthesia |
Data acquisition and analysis | Source | ||
DSI Data Exchange Matrix | Data Sciences International, United States | ||
DSI Dataquest ART 4.33 | Data Sciences International, United States | data aquisition software | |
DSI Ponemah | Data Sciences International, United States | data aquisition software | |
DSI PhysioTel HDX-11 for mice | Data Sciences International, United States | ||
DSI PhysioTel receivers RPC1 | Data Sciences International, United States | ||
ecgAUTO v3.3.5.11 | EMKA Technologies | ECG and BP analysis software | |
Microsoft Excel | Microsoft Corporation, United States |